哺乳動物和鳥類在環境溫度變化的情況下保持體溫的相對穩定的能力被稱為溫血性（或內溫性）。這種與冷血爬行動物的顯著區別是哺乳動物在全球幾乎所有生態系統中佔據生態優勢的基礎。直到現在，人們還不知道內溫性是何時起源於哺乳動物的祖先。一個國際科學家小組在南非和全球各地的化石的內耳中發現了這一關鍵進化事件的“確鑿證據”。
新的研究表明，內溫性出現在大約2.33億年前的哺乳動物祖先身上，遠遠早於大約2億年前的哺乳動物的起源。這項題為”內耳生物力學揭示了哺乳動物內溫的晚三疊世起源”的研究於7月20日發表在《自然》雜誌上。來自南非約翰內斯堡金山大學的研究人員是進行這項研究的國際科學家團隊的成員。
金山大學進化研究所古生物學高級研究員Julien Benoit博士說：“我們第一次能夠通過進化來追蹤內溫性的起源對我們哺乳動物前祖先骨骼解剖的直接影響。這對我們的研究領域來說是一個令人興奮的時刻。”
除了作為聽覺器官外，內耳還容納了平衡器官：半規管。內耳的三個半規管以三維空間為導向，當頭部移動時，半規管內充滿了液體，並激活感受器，以告知大腦頭部和身體的確切三維位置。為了使平衡器官有效地檢測到頭部的旋轉並幫助平衡，這種液體（稱為內淋巴液）的粘性或運行性至關重要。
與其他液體類似，內淋巴液的粘度隨着體溫的變化而變化，就像一大塊黃油在熱鍋中從固體變成液體一樣。由於這一物理特性，更高的體溫的演變將導致內淋巴液的粘度發生改變。然而，這種粘度的變化不能不加控制，否則，平衡器官將不再正常工作。內耳的半規管必須適應更高的體溫所帶來的新粘度：它們必須改變其幾何形狀。
這一發現的兩位主要作者 Ricardo Araújo 博士（里斯本大學）和Romain David博士（巴黎自然歷史博物館）的關鍵直覺是意識到半規管形狀的這種變化將很容易通過化石來追蹤地質時間。準確指出發生這種幾何形狀變化的物種，將對內溫性的進化時間起到準確的指導作用：確定哺乳動物祖先何時從冷血動物過渡到溫血動物的重要證據。
“直到現在，半規管一般被用來預測化石生物的運動能力。然而，通過仔細觀察它們的生物力學，我們想，我們也可以用它們來推斷體溫。這是因為，像蜂蜜一樣，當溫度升高時，半規管內所含的液體的粘性會降低，從而影響到功能。因此，在過渡到內溫的過程中，需要進行形態上的適應，以保持最佳的性能，我們可以在哺乳動物的祖先中追蹤它們。”巴黎自然歷史博物館博士后研究員、論文第一作者 Romain David博士說。
Karoo化石的貢獻
研究人員發現，內耳道在大約2.33億年前適應了內淋巴粘度相對突然的變化，表明哺乳動物祖先的整體體溫在這個時候變得更暖和。
來自南非 Karoo的化石在這一發現中發揮了關鍵作用，部分原因是Karoo時代的岩石在一百多年的研究中產生了大量的哺乳動物祖先的化石。
南非的化石為近一億年的生命進化提供了不間斷的記錄，精緻地記錄了從獸孔目爬行動物（therapsids）到哺乳動物的轉變過程。此外，由於當時Karoo地區由於大陸漂移而更接近南極，內耳的幾何形狀所暗示的較暖的體溫不可能是由於整體氣候較暖所致。
“由於南非的氣候平均比較寒冷，內耳液體粘度的變化只能是由哺乳動物祖先普遍較暖的體溫引起的，”Benoit說。
利用最先進的CT掃描技術和三維建模，研究人員能夠重建來自南非Karoo和世界其他地方的幾十種哺乳動物祖先的內耳，並設法準確指出哪些物種的內耳解剖結構與較溫暖的體溫相一致，而哪些則不一致。
範式改變
到目前為止，人們普遍認為內溫性是在非常接近2.52億年前的古三疊紀邊界時出現的，或者可能更接近2億年前哺乳動物的起源。新的結果表明，內溫性在大約2.33億年前出現在哺乳動物的祖先中。這個新的日期與最近的發現相一致，即許多通常與”哺乳動物性”相關的特徵，如鬍鬚和皮毛，也比以前預期的更早演化。更重要的是，這些結果支持向溫血動物性的進化過渡是出乎意料的快。
里斯本大學高等理工學院等離子體與核燃料研究所初級研究員、論文第一作者里卡多-阿勞霍博士說：“與目前的科學思維相反，我們的論文令人驚訝地表明，從地質學角度來看，內溫性的獲得似乎發生得非常快，不到一百萬年。這不是以前所認為的數千萬年的一個漸進的、緩慢的過程，而可能是在類似於哺乳動物的新的代謝途徑和毛皮的起源觸發時迅速達到的。”
美國菲爾德自然歷史博物館古哺乳學館長、論文的資深作者Kenneth D. Angielczyk博士說：“哺乳動物內溫性的起源是古生物學中未解之謎之一。”
“許多不同的方法被用來試圖預測它的首次進化時間，但它們經常給出模糊或矛盾的結果。我們認為我們的方法顯示了真正的前景，因為它已經用非常多的現代物種進行了驗證，而且它表明內溫性是在哺乳動物身體計劃的許多其他特徵也逐漸到位的時候進化的。”